Oozeer視神經(jīng)纖維膜動(dòng)力學(xué)特性分析及其不同波形刺激下的響應(yīng).pdf

1、研究目的:
　　 由于視神經(jīng)容易接近且大部分眼疾患者（如色素性視網(wǎng)膜炎和黃斑變性）仍有相當(dāng)數(shù)量的視神經(jīng)存活，視神經(jīng)成為視覺(jué)假體選擇的一個(gè)合適刺激點(diǎn)。為了理解視神經(jīng)假體作用機(jī)制，設(shè)計(jì)視神經(jīng)假體和指導(dǎo)視神經(jīng)假體的臨床實(shí)驗(yàn)，需要了解視神經(jīng)的興奮性。Oozeer等提出了一種用來(lái)描述哺乳動(dòng)物視神經(jīng)纖維興奮性視神經(jīng)模型（稱為Oozeer視神經(jīng)模型）。本文以O(shè)ozeer視神經(jīng)模型為研究對(duì)象，對(duì)視神經(jīng)纖維的膜動(dòng)力學(xué)特性如動(dòng)作電位產(chǎn)生過(guò)程中各離子

2、通道所起的作用進(jìn)行分析。然后，進(jìn)一步探討了Oozeer視神經(jīng)模型對(duì)于不同波形刺激的響應(yīng)，為選擇有效的刺激波形提供一種方法。
　　 研究方法:
　　 1.Oozeer視神經(jīng)模型的分析與仿真。以O(shè)ozeer視神經(jīng)模型為對(duì)象，以Matlab為仿真平臺(tái)，應(yīng)用歐拉數(shù)值計(jì)算法，對(duì)哺乳動(dòng)物視神經(jīng)纖維的膜動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真并分析。
　　 2.相平面法膜動(dòng)力學(xué)特性分析。在相平面圖中以V為橫坐標(biāo)，dV/dt為縱坐標(biāo)，分析動(dòng)作電位產(chǎn)生

3、過(guò)程中各種離子通道的變化趨勢(shì)，并分析有無(wú)A型電流情況下動(dòng)作電位的變化。
　　 3.雙極矩形刺激波形的優(yōu)化。改變傳統(tǒng)的雙極矩形脈沖陰極—陽(yáng)極的相間隔，陰極與陽(yáng)極相出現(xiàn)的順序，輸入到Oozeer視神經(jīng)模型，對(duì)傳統(tǒng)的雙極矩形脈沖進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)比較閾值，分析兩種改進(jìn)波形能否改善刺激的有效性。
　　 4.波形形狀對(duì)神經(jīng)刺激響應(yīng)的影響。選擇七種常見(jiàn)的脈沖波形，包括矩形、線性增長(zhǎng)、線性遞減、指數(shù)增長(zhǎng)、指數(shù)遞減、高斯和正弦波，作為Ooz

4、eer視神經(jīng)模型輸入，分析對(duì)于每一種刺激波形的膜電位和門控變量響應(yīng)，并用相平面圖法分析不同波形刺激下dV/dt對(duì)V的變化。
　　 研究結(jié)果:
　　 1.Oozeer視神經(jīng)模型包含四種離子電流，它膜動(dòng)力特性的仿真表明，動(dòng)作電位的上升階段主要是由傳統(tǒng)的快速鈉離子流起作用，而A型電流在復(fù)極化階段起主要作用，持續(xù)鈉離子電流和慢鉀離子電流的影響較小。
　　 2.相平面法分析A型電流的膜動(dòng)力學(xué)特性表明，有A型電流的模型電壓變

5、化較緩慢，沒(méi)有A型電流的模型電壓值迅速增大;有A型電流存在的相圖在模型電壓為20mV時(shí)出現(xiàn)復(fù)極化相，而沒(méi)有A型電流存在時(shí)在模型電壓為40mV時(shí)進(jìn)入復(fù)極化階段。在V-t圖上，有A型電流的模型電壓持續(xù)了大約3.9ms，沒(méi)有A型電流的則為4.8ms。
　　 3.雙極矩形刺激波形優(yōu)化的仿真結(jié)果:陰極-間隔-陽(yáng)極脈沖的閾值從0ms間隔的178.3μA/cm2變化到0.72ms間隔長(zhǎng)度時(shí)的170.3uA/cm2。間隔長(zhǎng)度為0.37ms時(shí)，閾

6、值為171uA/cm2，這已超過(guò)可能改進(jìn)的最大程度的90％。陽(yáng)極-間隔-陰極脈沖產(chǎn)生動(dòng)作電位的幅度閾值為197.3μA/cm2。在長(zhǎng)度1.7ms的間隔時(shí)，最低閾值為175.6μA/cm2。當(dāng)間隔為1.2ms時(shí)，閾值為178.3μA/cm2，此時(shí)改進(jìn)程度是可改進(jìn)最大程度的87.5％。
　　 4.七種不同形狀刺激波形的仿真結(jié)果:指數(shù)增長(zhǎng)和線性增長(zhǎng)波形刺激在刺激開(kāi)始后有一個(gè)緩慢的響應(yīng)，矩形、高斯和正弦波形則不明顯，指數(shù)遞減和線性遞減波

7、形甚至在脈沖結(jié)束之前就完成了一個(gè)動(dòng)作電位。
　　 研究結(jié)論:
　　 1.Oozeer視神經(jīng)模型膜動(dòng)力學(xué)特性的仿真結(jié)果表明，不同離子電流在動(dòng)作電位形成過(guò)程中起不同作用。通過(guò)了解離子通道，可以為選擇性電刺激設(shè)計(jì)波形和控制神經(jīng)纖維的響應(yīng)提供仿真支持。
　　 2.A型鉀電流在動(dòng)作電位的形成過(guò)程中有特殊的作用。它不但延遲動(dòng)作電位而且使動(dòng)作電位的持續(xù)時(shí)間縮短。當(dāng)動(dòng)作電位到達(dá)尖峰閾值時(shí)，減緩膜電位的上升。
　　 3.雙